线粒体和叶绿体谁先出现?谁是最早的房客?

你已经知道线粒体和叶绿体都曾是独立的细菌——那它们俩谁先"嫁入"真核细胞?

这个问题困扰了科学家很久,但分子系统发育学已经给出了比较明确的答案。

结论:线粒体先,叶绿体后

证据链很扎实:

  • 所有真核生物都有线粒体(或曾经有过,后来丢失了)——包括动物、植物、真菌、变形虫、草履虫……没有线粒体的真核生物极少,而且几乎可以证明它们原本有过。
  • 只有植物和藻类有叶绿体——动物没有,真菌没有,大多数单细胞真核生物也没有。
  • 分子系统发育分析显示:所有线粒体共享一个单一的共同祖先(即α-变形菌那次内共生事件),而所有含线粒体的真核生物形成一个单系群。具有叶绿体的生物只是这个大群里的一个分支。

时间线大概是这样

  1. 约 20 亿年前:原始真核细胞吞噬了一个α-变形菌——后来变成了线粒体。这是一次伟大的内共生事件,氧气开始作为高效能量来源被利用。
  2. 约 10-15 亿年前:已经有线粒体的某个真核细胞又吞噬了一个蓝藻(蓝细菌)——这就是叶绿体的起源。这次事件只发生在演化出植物和藻类的那个分支上。

那"叶绿体的祖先蓝藻"本身是不是比"线粒体的祖先α-变形菌"更古老?

未必。光合作用(蓝藻的本事)的起源确实比有氧呼吸早——但这不等于蓝藻作为一个群体比α-变形菌古老。而且我们不能用"自由生活祖先的年龄"来代替"内共生事件的时间"。内共生的时间点才是关键。

还有二次内共生!

有些生物的叶绿体来自"二次内共生"——即一个已经有叶绿体的红藻或绿藻,被另一个真核细胞吞噬,它的叶绿体保留下来变成了新宿主的细胞器。比如硅藻、甲藻的叶绿体就是这么来的。这进一步证明叶绿体是后来的"房客"。

总结

线粒体是所有真核生物共同的祖先房客,而叶绿体只是植物和藻类分支上的一次"增量升级"。先有氧呼吸,后有光合作用的细胞器版本。生命的演化,是一场又一场的合作交易。

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